Счетчик фотонов
Изобретение может быть использовано для регистрации слабых и сверхслабых световых потоков в физике, лазерном зондировании атмосферы, космических исследованиях, спектроскопии, химии, астрономии . Целью изсзбретения. является повышение точности путем увеличения скорости наксзпления информации. Счетчик фотонов содержит ФЭУ 1. дискриминатор 2 одноэпектронных импульсов, кольцевой регистр 3 сдвига.блок 4 из N триггеров фотонов , оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 5. сдвиговый регистр 6.триггер 7, вычислительное устройство 8 (ВУ), схему 9 синхронизации, триггер 10 режима, управляемый тактовый генератор 11. делитель 12 тактовой частоты на N,адресный счетчик 13 слов, адресный счетчик 14 битов. Моментпоступления фотоимпульса определяется как tn АОНслова+ Мбит , ГДе АОРслова - СО- стояние адресного счетчика слов, соответствующее поступлению одного или более фотоимпульсов; Ыбит - номер битов в слове с адресом АОРслова. в которых зарегистрировано поступление фотоимпульсов, представляющий собой позиционный адрес бит Nno3 2. В счетчике фотонов позиционный адрес битов преобразуется в двоичный и вместе с адресом слова (состояния счетчиков 13 и 14) используется как исполнительный адрес, по которому в ОЗУ ВУ 8 прибавляется единица. Это сокращает время обмена информацией между ОЗУ 5 и ОЗУ ВУ 8, что повышает скорость накопления информации в целом. 1 ил. t/) с
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР. ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
k (46) 23.07.92. Бюл. М 27 (21) М00909/25 (22) 31.03.88 (71) Институт оптики атмосферы СО АН
СССР (72) К.Д.Шелевой и В.Д. Шелевой . (53) 621,383.72 (088,8) (56) Авторское свидетельство СС.CP . М 1130746, кл. 6 01 J 1/44, 1984.
Авторское свидетельство СССР N 1350508, кл. 6 01 J 1/44; 1986. (54) СЧЕТЧИК ФОТОНОВ (57) Изобретение может быть использовано для регистрации слабых и сверхслабых cseтовых потоков в физике, лазерном зондировании атмосферы, космических исследованиях, спектроскопии, химии, аст-рономии. Целью изобретения. является повышение точности путем увеличения скорости накопления информации. Счетчик фотонов содержит ФЭУ 1, дискриминатор 2 одноэлектронных импульсов. кольцевой регистр 3 сдвига, блок 4 из N триггеров фото,, Ц „„15у5181 А1 (я>5 . G 01 J 1/44 нов. оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 5, сдвиговый регистр 6,триггер 7, вычислительное устройство 8 (ВУ), схему 9 синхронизации, триггер 10 режима, управляемый тактовый генератор 11, делитель 12 тактовой частоты íà N,àäðåñíûé счетчик 13 слов, адресный счетчик 14 битов. Момент поступления фотоимпульса определяется как to= ADRcnoea+ Ибит, где АОЙелова состояние адресного счетчика слов. соответствующее поступлению одного или более о фотоимпульсов; Мбит — номер битов в слове с адресом ADRcnoea. в которых зарегистрировано поступление фотоимпульсов, представляющий собой позиционный адрес бит
Nooe= 2 . В счетчике фотонов позиционный адрес битов преобразуется в двоичный и вместе с адресом слова (состояния счетчиков 13 и 14) используется как исполнительный. адрес, по которому в ОЗУ BY 8 прибавляется единица. Это сокращает время обмена информацией между ОЗУ 5 и ОЗУ
BY 8, что повышает скорость накопления информации в целом. 1 ил, Иэ()бретение мо>кет быль !лсг!Ользовано для 138гист>)Яц(!!! слабых и сверхс/1збых cBBTQf3lr!>! ГiOTOKQB В фиЗИ{<8, /1338PHQM ЗОНДИРОВЗНИИ
3Ti,t0cô6pbf, космических исследованиях, спекГроско!2ии, химии, астрономии и др, Цель!о иэобрете!Бля является повы(((еНИ() точ((ОСТИ flY(6(т(УВЕЛИЧЕНИЯ Скорости Накопления !(н<рормации, h3 чертеже представлена структурная
С>(ОМЗ П(36ДЛЗГЗБМОГО СЧЕТЧИКЗ.
Ci(G1ЧИ1< Соде э>КИТ ((rOTO(2ËBKTPOH НЫЙ }/((.
;. IQ>ки (6(IL ((<13ЭЯ 1 ((и(. <р(л(и!и({3 (0(3 2 ОД(-,:Qалек1 роиных имГ!УльсОБ, кольцеБОЙ p8f (лстр
3 сдвига, блок 4 !лз М триперов фотон()в, ОПеp)ÇTИВH08 3 100 ИИНЗIOЦ86 У(;.Т(30йСТБО (ОЗУ(5, сдвиговый регистр t>, триггер 7, Бь{:({;!С)!и(ель{((38 у(31-ройс гво (((ВУ).схему 9
I,i.=,! 0<0() I! M3ЛЦ{2! i, f Li! !(Г (;Г) i (/ !38>К!Л(1- 1, .(!P3 3" ! . 1 i
Я 0 (iЯС(1bLИ 1 BK! 0«БЫ И l i iЕ() ЗТ0 3 i i, L(6!! И Г8! I Ь такт() Бой частоты на М адресный Г (.{етч(;(к, .>(3/3((6(Нь{!! Ч"-"i! iK !" 3i2i ("
«{-,:;1,ö (Х",., У ii,О.п,i! (i!0 i8i I к B:èîäó диск(эим(л!!Зто{эу 2, Бь!Х()д;<()торого соединен с п(ервы{<121 (1хо/!Зм!!! блок34 из Г4 т(эиггеров ЯО.(-0 Н О Б Б Ь1 ХО Г! 31;(И (1 ()Д КЛ (ОЧ Е Н Н Ы Х К П Е П В М вход, упрзвлен(ля ОЗУ 5, Информзцион
1(ь!6 Входы (.)..КУ 5 {(одкл!О !8Hbl к пл(Осу ис 2 оч r1MК3 ПИ! 3Í1 I!I, ИH
ПЗ!)ЗЛЛБЛЬН,!t i (Эходам СДЬИГО БОГО ()еl (ЛСТ((3 (), последова г((л)-.1 ый Bblõîä к(:торого соеди1!е("ь(с первым вход((м ТГ)иггерз 7, выходо(л
f)0(!Kf! fG -f8 nil< l 0 UK0<,! . {:",,, (381 Mcт!3 / В с i tfi
BT0P0t" DX0f(- f!!{3i1BЛ Н Я т= (ТОВО;-п Г("8р3Т0р3 (1, ВЬ(,*;Îr СХБМЬ(0 CMHX0011M;(BOИИ
n0i.,!fii0(l6H к ti8i)130! 1 ()ХО/(" тоиГГ(Г)3 (б {38I
КИ(i3, ВЫХОД KOTOP(2i 0 СОБДИ((8Н (3 Вт(3(,(Ь М(Бхо((О(;1 3((1()(!ален(ля Д ЗУ 5 и (, пеовын((3Х=)ДОМ )(Г(ра(зленйя Tr,KÒQBOÃQ 2 8!18pBTI3, Э 1 1, Б Ы Х О ДО М(П С(/1 К /! 0 Ч P H H !3 ÃO K Б Х 0 Д 3 М К 0 Л Ь 6 B 0Го pPrMc(1)3;3, д(ли еля 1(g .Гактовс и частоты
На М, СДБИГОБОГО f)8Ã(!CTp3 0 it !lpBС!(ОГО
c(f8 чика 14 бит(эв, Яь!ХО!1!д ко tbUBBi)(0 081Истра 3 подкл(ОЧ()н(.t поразрядно к вторым в)(одам бл()K3 1 из j"J (QMГГ01)ОГ ((>Отонов.
Выход целителя !? TBKTQBQA -(ас (Оты HB " м
f1OP «ftfQi(nH (((Г«т:. Г« У БМО(.Ч УПР (;/(((f f(qr(ОЗУ5, Входу)/п133Б/!ения сдвиговог(> регис(ра 6 и Бхо/1У адресного с((етч(лк() 1(3Я слов, ЗДРЕСНЫ (Б tyO(it f КО TOPr f f(Оп/1(Л(° «((Ы (ЭЛ. ресными входами ОЗУ 5 M Г; Бхп,,г!(2: „,1;3(,"l jСтро((,6 BУ g ЯЬ(Х((л (/ПОЗ БЛ6нйя 3((оес!.10;.«1 счетчика 13 сг ов Г!Од!<л!Очен к вто(>()!.:у;.::;:Оду триггера 10 ре>кима, Адреснь(6::.:= K.)Ëb дрд(но(о счет(!и (г2 (j! (бэитоп п(1,(«(1!) .,-;н!
Входному p8(MQTp;t BY 1<. ОДин паэояд Бы ходного Оегистоа БУ и (!Одкл(оче)(к Б-;. 00(((,1((ВХОДУ ТРИГГЕРа 7
Счеэ(чик фотоно, пабста".".т сле-эу{<-:1:.. (!(j
ОбоазОМ, Синхроимпульс, по времени совпадающий с моментом излучения зондирующего сигнала, формируется схемой 9 синхронизации и поступает на вход триггера 10 режима.
5 Выходной сигнал триггера 10 переводит в состояние "Работа" управляемый тактовый генера (ор 11 и в состояние "Запись" ОЗУ 5, Управляемый тактовый генератор 11 вырабатываáò последовательность импульсов
1О для сдвига импульса разрешения записи яходнь!х Дан ых с дискрими!(Зт(тра 2 в блок
М т(эиГI 8003 (((>ОТО И ОБ, Моьчент поступ" л" ния (эотОимГ(;vlbc3 фиксир}/ется путем за .!ис(1 единлць: в тот тр лггер фотона блока 4, !5 Б,<0òором Б дан!(Ый момент присутству(от един (цы на обоих входах. После окончания зanMc«(в последний N-й триггср фотона, Дел tT8fib 12 тактовой частоты на Й вырабатывает уг{ра вл я юв(ий имг(ульс, по KQTopoM}
".)О сос- яния триггеров фотонов (1 — М) переписb!!33iQTcs, B N-р-.:эрядную ячейку ОЗУ 5, а
;-,омер адрег3ного счетчика 13 слов увеличи!
, !P, tc)1 Н3 ед iH«!!Y. ЗЗT6!- HBчинается HQBLIA цикл фиксации моментов поступления им,/5 пу):,сов путем ф()рмирования новой серии N раэре(03:ощих импульсов Б кольцевом (эегистра 3. Но(306 слово данных записывается в сл":,(Ð/ )tt), !!0 яче(1К" ОЗУ э, адрес которой ; и {)еделяетс 3/lреc вы(и счетчикОм 13 cfli)B, 910 После эзг!олH8HMB Всех ячеек ОЗУ 5 оно
ПБРаХОДИт В РЕЖИМ " (T6HM6" И ЗаРЕГИС)РИ,:0 33{12(1:(8 B HP! " /33 4Hb 8 n8p8/}3(OTC)1 B ОЗУ !
4Y 0. l 2р::.: этом итаемое иэ ОЗУ 5 слово по:-., .,сi 3ènëåт собой послсдовательность
;:/::ниц и нулей, пгэичем едлницы являются м(:-, хами тех моментов времени, в которые, (Гтl t {си 78/ib!10 импульса синх(эониззции, быЛи ЭафИКСИ(30БЗНЫ ТРИГ(6PBfMM ФОТОНОВ фо"
То!Л {И П(3/Л ЬС Ы, ((3 Так(!м образом, момент поступления фотоимпульса определяется как (и=-ДО с((оз1+Мбит, где АВй слова — состоянле адресного сче1 ика -f Oa, соответствующее слову, в кото4 )Qi было зарегистрировано поступление
Г(д,ого или F(0f!88 Yivinульсов;
Мбит — номер !,ь!0(18)а(битов, в слове с . Здреcov АО(<слова, в которых зарегистрировано пос)упление фотоимпульсов, 5О i-."» том Биде, в каком записаны номера битов в ОЗУ, он(л представляют Собой пози(ип;- .,-;Ый 3/({эес би.гов. 1ак кзк зто ад(эес Б дв(эич(ом;<одесо:<ращается до вида
КПОэ-2 г(, то нео(>хОдимо преобразовать по55 зициочный адрес "", двоичный ходи вместе с а,д Бесо(1 слова испольэовать егQ как исполHtiт8л! (Ы((Зд(38С г(0 ко)орому Б ОЗУ BY
nðMO3B!tt-,8ТсВ еди.- ица акое формирование исполнительнОГО 3/)p603 сокращает время передачи даннь х иэ ОЗУ 5 устройства
1595181
10 (/
40 15 в ОЗУ НУ 8, Зто осуществляется следующим образом, Читаемое из ОЗУ 5 слово параллельнозапись>вяетсл в регистр бимпульсом с делителя 12 тактовой частоты на Й . Пад действием импульсов с управляемого тактового генераторе 11 cnong, .в которой имеется одна (или более) метка, сдвигается с высокой скоростью до тех пор (число сдвигов фиксируется в двоичном счетчике 14 ), пока на выходе регистра б сдвига не появится метка, которая управляет состоянием триггера 7, Сигнал с выхода триггера 7 запрещает работу управляемого тактового генератора 11, таким об(раза(1. фиксируется адрес слава и адрес меl ки В слсвс. ОДнОВр8менно этот сигнал является сигналом готовности счетчика фотонов (;iepeдяче адреса в ОЗУ БУ 8. По этому сигналу БУ 8 ьоспринимает состояние адрес:-(сгo счетчика 13 слов и адресного счетчика 14 битов К3К исполнительный адрес. по которому к содержимому ячейки ОЗУ BY 8 с таким ЯДаесом прибавляется един i!13. Окон«à,j(8 этой операции отмечается сигналам с Вь;ходногс регистра BY 8, который сбрэсывeåò триггер
/, и, таким Образам, разрешается Дальнейшая работа управляеMага та:
Окончание режима ггения определяется достижением наибольшего состояния адресного счетчика 18 слав и вырабат:<ой им
npN этОм сиГняла управления., KQTopblA сбрасывает триггер 10 режима, переводя Все устройство в режим подготовки к новому циклу регистрации данных, начина!ощемуся с поступления очередного си4-(храи! !п(yлbса, Неоднократное повторение списанных выше циклов записи-чтения ведет к накоплению информации В >1«ЯЙках ОЗУ BY 8, KQTopoe продолжается до достижения необходимого уровня. Таким образом, аппаратнь!й анализ содер>кимого битов читаемого слаВЯ с одновременным. формированием при полажиТЯЛ ЬНОМ резул ьтяте ЯНЯЛИ":3 исполнительного адреса, па которому происходит прибавление единицы В ОЗУ BY 8, позволяет существенно увеличить скорость передачи данных из ОЗУ 5 устройства в ОЗУ
BY 8 и скорость накопления информации в целом. Это уменьшает метади;ескую ошибку, связанную с изменением исследуемого параметра среды за время измерения. ((3 (3 р f.,! (,. 1 Я (1 Э(О (3 (1 Я (8, ((,1 Л
С(!(-:1 !1 к ФОтОИОВ, садер(>".Я!!iili паслеДОВЯТЯЛЬНО ВКЛ . 4814 Н(Ь. 8 фсТО-!(18K (;:ЗОН!!ЫЙ }М("
HO>
0!iH0 ">! . K "Ãgi4 Ib(x i(f1""> :. (01- ": т(",. 4:i: блок из
М (P!!f ГЯРОВ фотонов. 00! POT;13нсс запамина"
K(!Цее YCTpg! ICTL(i (0, г »»(-.".(Y Clii,K(3(3!4!»I.".!3"
I(, "! i, тг(и! ГЯО 132>к(((;(ie .(! Вл(j".. ь;! . 1 11 Tgãb! A генератор. Кольцевой регистр сдвига, дел!",тель тяк10 ВОЙ !яс1 ать! ня г"., я 10ecI!".-(й счет 111к
СЛОВ Ii В(=!г4!»1СЛ((Тел(он{38 У(П(PQ,СТВ((((У), ПРИ
ЭТОМ BL!KOД ДИСКРИ(411Н310(03 ОДНОЭЛЯКТГ>ОН !.(Ь(> и .;;-(: ((1 b . о ПП вЂ”; К,г, !0«e!.((ПЯ Г>ВЬ1М ВХО г(ЯМ бл, КЯ 1:; ((,: 1((И!Ггеgigf((g- Онг1(-, В(.(>:Q(ib((QTO"
O!-!" 10йклгЭ ЯНЬ ; ПЯРВb (! ВХО/!ЯМ l»Г!03! Л (-!.1..;,,! г .,((»:: -ЯГ г.(-1».-» „r о;г, -.;»(:": —..;:--? g: (38»(<(4М,.-; В (KО Д Ка (Г>(3ГС ПОД! Л!"(1:=.1-! K В igggÌ}f
Вкаву,(пг(3 (8(j;" (.:,„(c j, -(Y .,,; П 0 ОМV (4ХОДЧ
;(-! РЯ(1лЯ.--,10Г;: T3K j gf0 eне! Ятг.:Р - Ob õg/1 ..Сп(gpg:,0 падкл!048н . ; я;:г 13! к3л=це (.Го =-В(3 — ",," Нg. 0 С(jeт(41,1>,3 (ЛОВ, Я 3 г18 CH b .8 ВЦХОДЫ
KQT0gGi0 Г10Д!<Л ÎЧЯНЬ К Ь;,0(Ц;(МУ РЯГИСтРУ
РУ:::: Яд;:."-.с1- b! 1 (.>((>(3 .. ОЗУ, инхп! 1-:3(.!(10 -! Ь Р i; <(3.> (- (0 (((О(" Р q и < (-. (-j -(! f (Л (СУ !!СТО !H: КЯ ПИTЗНИЯ,;10!":,8".,! В -"..,ОЛ (П(33ВЛЯН!1 ЯДОЯСНОГО С«г ТЧИ„Я,-ЛОВ ((О:(1;Л;(;Чен
ВТО(>(Э x((ВKQ/3((1 г !" ГГ Я ."<(i 1. Л В (Kg/ Ь: !
<агЬ(ei:-ОГО РЕГ; СТРЯ СДВ. :(-;". паДК,IIO«8! К
Вторы: В>:сдам блоке из А тpи, fepg(I (1>01.-! j03 О (1 и ч 310 ш и! с я:ei -!тп (, цел! г>
ПОВЦ03?!4ИЯ Тсг(HC(" Г -(П(> ef, >(;e ii 8!j,1(f! (Рс Т(1 НЯ :а!iЛe . !1Г Ii(>iôgQМЯЦИИ, В (ГО ВВЯг(СН (Ь! С г(В ;! (Îe hi!i Pef!!CTP, 3 PLC!lb С 4ЯТЧИ К б(.lтОВ -1 Tp! II -ep, причем инф00ма:!ионные
ВыхОДы ЙЗУ пОДклю !Яны :. Г!3p3i" лельным входам сдви,свого ряг icTpз, первыи Вход
УПР VneH14(, КQTQPQIO;:ОД<Я О г81 К ВЬ(ХОДУ делителя тактсвой частоты ня Н, выход упрявляef igi Q тактового гянсоатара под,<л>очеhi к Входу Ядреснога с"!Ятч.;, =- битов и и
BY0Pol»4Y Вxg/ } } ОРЯ ВланиЯ СДВПГОВОГО РЯГиСТРЯ, Db! ÕOД СТОРОГС Г(СД <Л!О !ЯН К ПЯРВОМУ
Входу триггера, Выход i(i; тэр"- падкл!ачен к
810130K;}(ВХОДУ (/П (33 В;(81(ИЛ } П(РЯВЛЯЕМСГО тактового ге яра:gp=. псд>;л a«e;-: к Входу ядр н с Г 0 с -- :8 тч! и к 3 б и то В I l В . О !3 О м 9 В х 0 п1 Y и" ров !е (1я С ((((! Говога РЯГ:ii.òpg Выход
КОТС :. 1 По" К(1(ОЧЯ": Поg(10М1((>КПД» Т! ((IГ(8РЯ ° (> г3!1 —, (-1- и > I » j.; „,; л,*(;,(».L(О(»(.(-.(.P(/
BY Гади(ч (13 4 13>i г —;blKO (-((3; (> пс;-, ;; ip„ (Б У
Паг(КЛ(ОЧЯН К,... . 0((0! Р ХОДУ T(3»1! Гег>3, I ЯД.Ф
РОСИЦЕ ВЫХОДЬ(ЯДРЯСНОГО C 481 -(ИКЯ Г((ТОВ
ПОДКЛЮЧЕНЫ К ВХОЯ-;g(-!У -.;- С-;Р, Р
